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Laquelle des ondes électromagnétiques représentées sur la figure d’une cavité correspond à un mode de résonance possible de la cavité ?
Ici, nous étudions une cavité. Une cavité correspond à un espace intérieur délimité. Dans ce cas, la boîte noire représente la cavité. Dans une cavité, il est possible que des ondes électromagnétiques existent dans ce que l’on appelle des modes de résonance. Nous pouvons arriver à comprendre ces modes en pensant, par exemple, à une corde attachée entre deux murs. Dans ces conditions, il est possible que certaines ondes stationnaires existent dans la corde. Par exemple, une onde stationnaire qui ressemble à ceci est possible. Une autre possibilité est celle qui ressemble à ceci ou à ceci.
Toutes ces ondes, on pourrait dire, sont des modes de résonance du système. Et remarquez qu’elles obéissent tous à ce qu’on appelle des conditions aux limites. Cette expression signifie simplement qu’il existe des conditions pour que l’onde, dans ce cas celle qui se déplace le long de la corde, rencontre ses limites, dans ce cas les deux murs. Parce que les extrémités de cette corde sont fixées en place, cela détermine quel type d’ondes, quel type de modes de résonance, peut exister sur la corde.
La même chose s’applique aux ondes électromagnétiques dans une cavité. Une cavité a aussi des conditions aux limites. L’exigence est qu’en quelconque deux points du mur d’une cavité une onde arrive - par exemple, dans l’option de réponse (A), ces deux points sont ici et ici, et dans l’option (B), ils sont ici et ici - à ceux deux points, l’onde doit avoir un déplacement nul. Essentiellement, l’onde doit agir comme une corde l’a fait ici. Les extrémités de l’onde doivent être fixées, pour ainsi dire.
En regardant nos options de réponse, nous voyons que l’une d’entre elles satisfait à cette condition et l’autre non. Dans l’option (A), l’onde dessinée en bleu a un déplacement de zéro en ce point ici, et elle a également un déplacement de zéro en cet autre point où elle atteint la paroi de la cavité. Par conséquent, il s’agit d’un mode de résonance possible de la cavité. Les conditions aux limites sont remplies. D’autre part, dans l’option (B), cette onde a un déplacement de zéro en ce point. Mais ici, à l’autre mur de la cavité, nous pouvons voir que son déplacement est différent de zéro. En revenant à notre système de la corde entre deux murs, ce serait comme si l’extrémité de la corde se déplaçait vers le haut du mur, même si elle devait être fixée en place. Cela ne peut pas arriver, et donc l’onde représentée dans l’option (B) n’est pas un mode de résonance possible de la cavité.
Pour notre réponse, nous choisissons l’option (A). Cette onde correspond à un mode de résonance possible de la cavité.
